CN106024415B - 一种复合材料C/MoO3/Ti3C2Tx及其制备方法 - Google Patents

一种复合材料C/MoO3/Ti3C2Tx及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种复合材料C/MoO3/Ti3C2Tx及其制备方法，(1)Ti3AlC2粉体完全浸入到体积分数为40％的HF溶液中，离心得到粉体干燥；(2)四水钼酸铵和酒石酸完全溶于水得到水溶液；(3)将Ti3C2Tx粉体加入到水溶液中；(4)将步骤(3)中悬浮液离心，在真空干燥箱中干燥；(5)将步骤(4)中所得到粉体烧结，保温，得到MoO3/Ti3C2Tx复合材料；(6)将所得粉体超声分散于蒸馏水中，加入葡萄糖；(7)转移到水热釜中反应；(8)将步骤(7)中的产物离心，水洗，醇洗，在真空干燥箱中干燥，得到目标产物，由于该材料成分可调性大，制备工艺简单、合成过程易于控制，拓宽了该复合材料在电极材料的应用范围。

Description

一种复合材料C/MoO3/Ti3C2Tx及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料制备技术领域，特别涉及一种复合材料 C/MoO3/Ti3C2Tx及其制备方法。
背景技术
超级电容器用电极材料可分为三类：碳材料系列，过渡金属氧化物系列，导电聚合物系列。其中石墨烯作为碳材料的一种，由于其高的导电性，良好的电化学稳定性，高比表面积在电极材料方面有较深的研究，且表现出极好的双电层电容性质。但是由于对电极材料的要求增高，石墨烯已经不能满足人们对于性能的要求。所以，作为具有赝电容性质的过渡金属氧化物的高比电容的性质备受瞩目，但其较差的导电性限制了它的应用。因此，复合材料的产生成为了必然的趋势。
2011年，Ti3C2Tx作为最新发现的二维纳米材料备受关注。由于其具有较高的比表面积和较好的导电性而在电化学领域得到了深入的研究。但是，它的比电容相对较低(100F/g)，所以，我们将具有较高的比电容的MoO3纳米颗粒作为第二相进行复合，增大电极材料的比表面积，但MoO3的负载对材料性能的提高有一定的限制，所以，通过引入导电聚合物可以通过增加导电性进一步提高材料的电化学性能。
碳具有较低的比容量，但是有较好的导电性，与MoO3/Ti3C2Tx的复合可以提高电极材料的导电性，从而提高电化学性能。
发明内容
为了克服现有超级电容器电极材料的不足，本发明的目的在于提供一种复合材料C/MoO3/Ti3C2Tx及其制备方法，在二维层状Ti3C2Tx的表面和层间负载晶体与无定形的MoO3，产生协同作用且增加比表面积；但是，负载MoO3会使得复合材料的导电性相比于Ti3C2Tx有所降低，因此，通过将碳层包裹在Ti3C2Tx片层上的方法，可以有效增加复合材料的导电性，同时，C与MoO3之间可以形成包覆，有利于降低多次充放电MoO3产生的体积效应，进一步提高电极材料的电化学性能，在比容量和稳定性方面有较大提高。
为了达到上述目的，本发明可通过以下方式实现：
一种复合材料C/MoO3/Ti3C2Tx，借助于Ti3C2Tx的二维层状结构作为支撑，40-70nm的MoO3颗粒分布于片层表面、边缘和层间，C 层包覆于MoO3/Ti3C2Tx上，制备成三元复合材料。
一种复合材料C/MoO3/Ti3C2Tx的制备方法，步骤为：
(1)将通过热压烧结制备的Ti3AlC2粉体完全浸入到体积分数为 40％的HF溶液中，在室温下搅拌24h，经过水洗至PH＝6，再经过醇洗，离心得到粉体在真空干燥箱中干燥；
(2)称量四水钼酸铵和酒石酸完全溶于水中，得到水溶液，在 25℃下搅拌均匀，并用6mol/L HCl调节PH＝0.5；四水钼酸铵和酒石酸的质量比为1：(2-4)；
(3)将步骤(1)中所得Ti3C2Tx粉体匀速加入到步骤(2) 中所得到的溶液中，在25℃下数小时搅拌；Ti3C2Tx粉体与步骤(2) 中的四水钼酸铵的质量比为3：(2-10)；
(4)将步骤(3)中所得的悬浮液离心，水洗，醇洗，在真空干燥箱中干燥；
(5)将步骤(4)中所得到的粉体在氩气气氛下550℃烧结，保温2h，得到MoO3/Ti3C2Tx复合材料；
(6)将步骤(5)中所得的粉体超声完全分散于蒸馏水中，加入一定量的葡萄糖，搅拌均匀；葡萄糖与Ti3C2Tx粉体的质量比为 (1-4):3；
(7)步骤(6)中所得的悬浮液转移到水热釜中，在均相反应器中，温度为150-180℃进行水热反应3-6h；
(8)将步骤(7)中的产物离心，水洗，醇洗，在真空干燥箱中干燥，得到目标产物。
发明的效果：本发明利用Ti3C2Tx的特殊层状结构及其良好的导电性与比容量较大的MoO3颗粒制备成复合材料，提高电极材料的电化学性能。复合材料具有较好的导电性，较大的比表面积都有利于离子在电极材料和电解液中转移，从而降低内阻，提高比容量。但是负载MoO3会对材料的导电性有一定影响，所以，再引入C进行包覆可以提高材料的导电性。同时，以Ti3C2Tx片层和C层为支撑，可以减小由于数次的充放电对于MoO3颗粒的体积效应。由于该材料成分可调性大，制备工艺简单、合成过程易于控制，拓宽了该复合材料在电极材料的应用范围。
附图说明
图1是实施例一所制备的试样的形貌图。
图2是实施例一所制备的C/MoO3/Ti3C2Tx复合材料在1mol/L KOH水溶液作为电解液在不同扫速下的CV曲线。
图3是实施例一所制备的C/MoO3/Ti3C2Tx复合材料在1A/g时的恒电流充放曲线。
具体实施方式
实施例一
本实施例包括以下步骤：
(1)将通过热压烧结制备的Ti3AlC2粉体完全浸入到体积分数为 40％的HF溶液中，在室温下搅拌24h，经过水洗至PH＝6，再经过醇洗，离心得到粉体在真空干燥箱中干燥；
(2)称量0.3g四水钼酸铵和1.2g酒石酸完全溶于水中，得到水溶液，在25℃下搅拌均匀，并用6mol/L HCl调节PH＝0.5；
(3)将步骤(1)中所得Ti3C2Tx粉体称量0.15g，匀速加入到步骤(2)中所得到的溶液中，在25℃下搅拌9h；
(4)将步骤(3)中所得的悬浮液离心，水洗，醇洗，在真空干燥箱中干燥；
(5)将步骤(4)中所得到的粉体在氩气气氛下550℃烧结，保温2h，得到MoO3/Ti3C2Tx复合材料；
(6)将步骤(5)中所得的粉体完全超声分散于蒸馏水中，加入0.05g的葡萄糖，搅拌均匀；
(7)步骤(6)中所得的悬浮液转移到水热釜中，在均相反应器中，温度为180℃进行水热反应6h；
(8)将步骤(7)中的产物离心，水洗，醇洗，在真空干燥箱中干燥，得到目标产物。
本实施例制备的一种复合材料C/MoO3/Ti3C2Tx，借助于Ti3C2Tx的二维层状结构作为支撑，40-70nm的MoO3颗粒分布于片层表面，边缘和层间，再通过引入碳源，形成C层包覆于MoO3/Ti3C2Tx上，制备成三元复合材料。
图1是实施例一中所制备的C/MoO3/Ti3C2Tx复合材料的显微结构图，从图中可看出：MoO3纳米颗粒负载于Ti3C2Tx片层上，并且碳层包覆于MoO3纳米颗粒及Ti3C2Tx片层上。
图2是实施例一中所制备的C/MoO3/Ti3C2Tx复合材料在不同扫速下的CV曲线图，图中明确显示材料的倍率性能良好。
图3是实施例一中所制备的C/MoO3/Ti3C2Tx复合材料的恒流充放电曲线，图中，充电曲线与放电曲线近似对称，表明材料的电化学性能良好。
实施例二
本实施例包括以下步骤：
(1)将通过热压烧结制备的Ti3AlC2粉体完全浸入到体积分数为 40％的HF溶液中，在室温下搅拌24h，经过水洗至PH＝6，再经过醇洗，离心得到粉体在真空干燥箱中干燥；
(2)称量0.1g四水钼酸铵和0.2g酒石酸完全溶于水中，得到水溶液，在25℃下搅拌均匀，并用6mol/L HCl调节PH＝0.5；
(3)将步骤(1)中所得Ti3C2Tx粉体称量0.15g，匀速加入到步骤(2)中所得到的溶液中，在25℃下搅拌6h；
(4)将步骤(3)中所得的悬浮液离心，水洗，醇洗，在真空干燥箱中干燥；
(5)将步骤(4)中所得到的粉体在氩气气氛下600℃烧结，保温1h，得到MoO3/Ti3C2Tx复合材料；
(6)将步骤(5)中所得的粉体超声分散于蒸馏水中，加入0.2g 的葡萄糖，搅拌均匀；
(7)步骤(6)中所得的悬浮液转移到水热釜中，在均相反应器中，温度为150℃进行水热反应6h；
(8)将步骤(7)中的产物离心，水洗，醇洗，在真空干燥箱中干燥，得到目标产物。
本实施例所制备的一种复合材料C/MoO3/Ti3C2Tx，借助于Ti3C2Tx的二维层状结构作为支撑，40-70nm的MoO3颗粒分布于片层表面，边缘，和层间。再通过引入碳源，形成C层包覆于MoO3/Ti3C2Tx上，制备成三元复合材料。
实施例三
本实施例包括以下步骤：
(1)将通过热压烧结制备的Ti3AlC2粉体完全浸入到体积分数为 40％的HF溶液中，在室温下搅拌24h，经过水洗至PH＝6，再经过醇洗，离心得到粉体在真空干燥箱中干燥；
(2)称量0.5g四水钼酸铵和1.5g酒石酸完全溶于水中，得到水溶液，在25℃下搅拌均匀，并用6mol/L HCl调节PH＝0.5；
(3)将步骤(1)中所得Ti3C2Tx粉体称量0.15g，匀速加入到步骤(2)中所得到的溶液中，在25℃下搅拌9h；
(4)将步骤(3)中所得的悬浮液离心，水洗，醇洗，在真空干燥箱中干燥；
(5)将步骤(4)中所得到的粉体在氩气气氛下550℃烧结，保温2h，得到MoO3/Ti3C2Tx复合材料；
(6)将步骤(5)中所得的粉体超声分散于蒸馏水中，加入0.1g 的葡萄糖，搅拌均匀；
(7)步骤(6)中所得的悬浮液转移到水热釜中，在均相反应器中，温度为180℃进行水热反应3h；
(8)将步骤(7)中的产物离心，水洗，醇洗，在真空干燥箱中干燥，得到目标产物。
本实施例制备的一种复合材料C/MoO3/Ti3C2Tx，借助于Ti3C2Tx的二维层状结构作为支撑，40-70nm的MoO3颗粒分布于片层表面，边缘，和层间。再通过引入碳源，形成C层包覆于MoO3/Ti3C2Tx上，制备成三元复合材料。

Claims (2)

1.一种复合材料C/MoO3/Ti3C2Tx的制备方法，其特征在于，所述的复合材料C/MoO3/Ti3C2Tx借助于Ti3C2Tx的二维层状结构作为支撑，40-70nm的MoO3颗粒分布于片层表面、边缘和层间，C层包覆于MoO3/Ti3C2Tx上，制备成三元复合材料，其制备步骤为：
(1)将通过热压烧结制备的Ti3AlC2粉体完全浸入到体积分数为40％的HF溶液中，在室温下搅拌24h，经过水洗至PH＝6，再经过醇洗，离心得到粉体在真空干燥箱中干燥；
(2)称量四水钼酸铵和酒石酸完全溶于水中，得到水溶液，在25℃下搅拌均匀，并用6mol/L HCl调节PH＝0.5；四水钼酸铵和酒石酸的质量比为1：(2-4)；
(3)将步骤(1)中所得Ti3C2Tx粉体，匀速加入到步骤(2)中所得到的溶液中，在25℃下数小时搅拌；Ti3C2Tx粉体与步骤(2)中的四水钼酸铵的质量比为3：(2-10)；
(4)将步骤(3)中所得的悬浮液离心，水洗，醇洗，在真空干燥箱中干燥；
(5)将步骤(4)中所得到的粉体在氩气气氛下550℃烧结，保温2h，得到MoO3/Ti3C2Tx复合材料；
(6)将步骤(5)中所得的粉体超声完全分散于蒸馏水中，加入一定量的葡萄糖，搅拌均匀；葡萄糖与Ti3C2Tx粉体的质量比为(1-4):3；
(7)步骤(6)中所得的悬浮液转移到水热釜中，在均相反应器中，温度为150-180℃进行水热反应3-6h；
(8)将步骤(7)中的产物离心，水洗，醇洗，在真空干燥箱中干燥，得到目标产物。
2.根据权利要求1所述的一种复合材料C/MoO3/Ti3C2Tx的制备方法，其特征在于，步骤为：
(1)将通过热压烧结制备的Ti3AlC2粉体完全浸入到体积分数为40％的HF溶液中，在室温下搅拌24h，经过水洗至PH＝6，再经过醇洗，离心得到粉体在真空干燥箱中干燥；
(2)称量0.3g四水钼酸铵和1.2g酒石酸完全溶于水中，得到水溶液，在25℃下搅拌均匀，并用6mol/L HCl调节PH＝0.5；
(3)将步骤(1)中所得Ti3C2Tx粉体称量0.15g，匀速加入到步骤(2)中所得到的溶液中，在25℃下搅拌9h；
(4)将步骤(3)中所得的悬浮液离心，水洗，醇洗，在真空干燥箱中干燥；
(5)将步骤(4)中所得到的粉体在氩气气氛下550℃烧结，保温2h，得到MoO3/Ti3C2Tx复合材料；
(6)将步骤(5)中所得的粉体完全超声分散于蒸馏水中，加入0.05g的葡萄糖，搅拌均匀；
(7)步骤(6)中所得的悬浮液转移到水热釜中，在均相反应器中，温度为180℃进行水热反应6h；
(8)将步骤(7)中的产物离心，水洗，醇洗，在真空干燥箱中干燥，得到目标产物。
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High Energy Density Ternary Composite Electrode Material Based on Polyaniline (PANI), Molybdenumtrioxide (MoO3) and Graphene Nanoplatelets (GNP) Prepared by Sono-Chemical Method and Their Synergistic Contributions in Superior Supercapacitive Performance;Amit KumarDas et al.;《Electrochimica Acta》;20150820;第180卷;第1-15页 *

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